【編者按】暑假是科研工作攻堅(jiān)克難、實(shí)現(xiàn)躍升的黃金時(shí)期，學(xué)校各研究團(tuán)隊(duì)正搶抓時(shí)間機(jī)遇，聚焦科技前沿，鉚足干勁潛心研究，力求取得更多創(chuàng)新突破，奮力跑出科研攻關(guān)暑期“加速度”，為學(xué)校高質(zhì)量發(fā)展注入強(qiáng)勁動(dòng)力。學(xué)校推出“暑期科研‘加速度’”系列報(bào)道，將實(shí)時(shí)呈現(xiàn)學(xué)校師生暑期聚力科技創(chuàng)新、推進(jìn)科研攀登躍升的昂揚(yáng)風(fēng)貌和豐碩成果，彰顯學(xué)校持續(xù)深化有組織科研，以科技創(chuàng)新支撐高質(zhì)量發(fā)展的新姿態(tài)、新進(jìn)展、新成效。敬請(qǐng)關(guān)注！
近日，生命科學(xué)學(xué)院羅克明教授、魏洪彬副教授團(tuán)隊(duì)在細(xì)胞出版社旗下期刊《細(xì)胞-報(bào)告》（Cell Reports）在線發(fā)表了題為《一個(gè)miR156-SPL模塊通過細(xì)胞分裂素途徑介導(dǎo)遮蔭對(duì)楊樹維管形成層活性的抑制作用》（A miR156-SPL module controls shade-induced inhibition of vascular cambium activity through cytokinin pathway in poplar）的研究論文，揭示了遮蔭通過miR156-SPL16/23-細(xì)胞分裂素信號(hào)通路抑制楊樹莖中形成層活性和木質(zhì)部發(fā)育，為耐蔭樹種的遺傳改良提供重要靶標(biāo)。
在森林生態(tài)系統(tǒng)中，無論是天然林還是人工林，林木密度過高導(dǎo)致的遮蔭效應(yīng)是制約木材產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。當(dāng)上層冠層葉片選擇性吸收紅光（R）并反射遠(yuǎn)紅光（FR）時(shí)，下層植物感知的光環(huán)境R:FR比值顯著降低，進(jìn)而觸發(fā)植物一系列避蔭反應(yīng)，最終抑制木材形成。因此，解析樹木耐密的分子基礎(chǔ)對(duì)提高森林生產(chǎn)力具有重要理論價(jià)值和實(shí)踐意義。
生命科學(xué)學(xué)院羅克明教授/魏洪彬副教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于光信號(hào)調(diào)控林木生長(zhǎng)發(fā)育的分子機(jī)制研究，近期通過對(duì)毛白楊（Populus tomentosa）進(jìn)行模擬遮蔭處理（低R/FR比值），發(fā)現(xiàn)其表現(xiàn)出典型的避蔭反應(yīng)綜合癥（shade avoidance syndrome, SAS）表型，包括節(jié)間和葉柄伸長(zhǎng)、分枝抑制、葉片上揚(yáng)、葉面積減小等。樹木的這種適應(yīng)性反應(yīng)很可能是通過將資源重新分配給垂直生長(zhǎng)（以犧牲莖干徑向生長(zhǎng)為代價(jià)），從而增強(qiáng)其在密林中的競(jìng)爭(zhēng)能力。然而，遮蔭信號(hào)調(diào)控形成層細(xì)胞分裂和次生木質(zhì)部分化（木材形成）的分子機(jī)制仍不明確。
本研究通過天然林分密度梯度與人工模擬遮蔭實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，系統(tǒng)解析了遮蔭（低R/FR比值）對(duì)毛白楊形成層活性和次生木質(zhì)部發(fā)育的影響。結(jié)果顯示，模擬遮蔭導(dǎo)致莖韌皮部和形成層中miR156水平顯著升高，其靶基因SPL16和SPL23的轉(zhuǎn)錄水平顯著下調(diào)，進(jìn)而抑制了形成層細(xì)胞的分裂與分化。此外，遮蔭通過抑制楊樹莖中細(xì)胞分裂素（CK）生物合成關(guān)鍵基因IPT5a、IPT5b和LOG1b的表達(dá)，降低了活性CK的含量水平。功能驗(yàn)證表明，在韌皮部中特異表達(dá)SPL16或CK合成基因（IPT5b和LOG1b）能促進(jìn)形成層活動(dòng)，并有效抵消遮蔭對(duì)細(xì)胞增殖和木質(zhì)部發(fā)育的抑制作用。進(jìn)一步的分子遺傳分析證實(shí)，SPL16/23蛋白直接結(jié)合并激活I(lǐng)PT5a/IPT5b/LOG1b表達(dá)，增強(qiáng)CK合成，從而促進(jìn)形成層增殖與分化過程。綜上，本研究首次從 miR156 SPL16/23 IPT5/LOG1 CK 信號(hào)級(jí)聯(lián)通路層面，完整解析了遮蔭信號(hào)負(fù)向調(diào)控樹木形成層活性與次生木質(zhì)部發(fā)育的分子機(jī)制。
值得注意的是，本研究與團(tuán)隊(duì)此前關(guān)于楊樹SAS表型調(diào)控機(jī)制的研究形成重要銜接。早期研究表明，在遮蔭條件下，光敏色素互作因子PIF3.1/3.2可直接激活YUC8表達(dá)，通過經(jīng)典的PIF–YUC–生長(zhǎng)素通路調(diào)控楊樹的避蔭反應(yīng)。本研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，PIF3.1/3.2還能抑制MIR156表達(dá)，維持SPL16/23表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)形成層活性。這一調(diào)控模式區(qū)別于草本植物中PIFs作為維管發(fā)育抑制因子的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，揭示了PIF–miR156–SPL通路在楊樹次生發(fā)育適應(yīng)光環(huán)境變化方面具有獨(dú)特的調(diào)控功能。這一發(fā)現(xiàn)不僅拓展了我們對(duì)多年生樹木如何感知并響應(yīng)低光環(huán)境的分子機(jī)制的理解，也為提升林木在密植環(huán)境下的木材形成能力、實(shí)現(xiàn)耐蔭性遺傳改良提供了新的理論依據(jù)與分子靶點(diǎn)。
生命科學(xué)學(xué)院魏洪彬副教授、碩士研究生肖星月（已畢業(yè)）和鄧嬌（已畢業(yè)）為共同第一作者，羅克明教授為通訊作者。已畢業(yè)碩士生李懿和羅夢(mèng)庭為該研究奠定了重要前期基礎(chǔ)。碩士生張程珊、博士生李捷瓊和本科生徐佳怡參與了本項(xiàng)工作。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題（2022YFD1201600）、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（32371903）等資助以及西部（重慶）科學(xué)城種質(zhì)創(chuàng)制大科學(xué)中心的大力支持。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221112472500734X
